DE2649309B2 - Binary clocked sense amplifier - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen binären, getakteten Leseverstärker gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches. In einer bevorzugten Ausführungsform ist dieser nach der Silizium-auf Saphirtechnik hergestellt.The invention relates to a binary, clocked sense amplifier according to the generic term of the main claim. In a preferred embodiment, this is according to the silicon-on-sapphire technology manufactured.
Eine übliche Anordnung von Speicherzellen weist ein Paar von Daten-Bus-Leitungen auf, über die Informationssignale eingeschrieben und gelesen werden; sie weist ferner eine Zeilen- oder Adressenauswahlleitung auf, über die aus der Anordnung eine spezifische s Speicherzelle, zu der Zugriff hergestellt werden soll, ausgewählt wird. Typischerweise weist ein Schreib/Lesekreis, der mit der Anordnung der Speicherzellen verbunden ist, einen Leseverstärker und einen Speichereingangstreiber auf, die mit jeder der beiden Daten-Bus-Leitungen verbunden sind. Eine Information wird aus jeder die Anordnung bildenden Speicherzellen dadurch gelesen, daß man die Differenz, d. h. die Unterschiede der Signale entlang der Daten-Bus-Leitungen abfühlt.A common arrangement of memory cells has a pair of data bus lines over which information signals are transmitted to be enrolled and read; it also has a row or address select line via which a specific memory cell to which access is to be established from the arrangement, is selected. Typically, a read / write circuit that corresponds to the arrangement of the memory cells connected, a sense amplifier and a memory input driver which are connected to each of the two data bus lines. A piece of information is made out each memory cell constituting the array is read by taking the difference, i. H. the differences which senses signals along the data bus lines.
Übliche Leseverstärker sind verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Signalen, die entlang der Daten-Bus-Leitungen auftreten. Um dieser geringen Empfindlichkeit des Detektorkreises gerecht zu werden, war es bislang üblich, die Zahl der Speicherzellen in der Gesamtanordnung in unerwünschter Weise zu begrenzen bzw. die Speicherkapazität jeder Speicherzelle zu vergrößern, wodurch das Verhältnis der Speicherkapazität zu der Kapazität entlang der Bus-Leitungen vergrößert wird. Dadurch war es jedoch notwendig, die größere Speicherkapazität zunächst aufzuladen, wenn eine Speicherzelle zwecks Lesen der Daten adressiert wurde. Auf diese Weise wurde der Lesevorgang in unerwünschter Weise verlangsamtUsual sense amplifiers are relatively insensitive to signals along the data bus lines appear. In order to do justice to this low sensitivity of the detector circuit, it was It has hitherto been customary to limit the number of memory cells in the overall arrangement in an undesirable manner or to increase the storage capacity of each memory cell, thereby increasing the ratio of the storage capacity to increase the capacity along the bus lines. However, this made it necessary to use the to charge larger storage capacity first when addressing a memory cell for the purpose of reading the data became. In this way, the reading process was slowed down in an undesirable manner
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Leseverstärker zu vermeiden.The invention is based on the object of avoiding the disadvantages of the known sense amplifiers.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches.This object is achieved according to the invention in accordance with the characterizing features of the main claim.
Die Erfindung betrifft somit einen Differenz-Speicher-Leseverstärker, der aus einem relativ kleinen Eingangssignal ein großes digitales Ausgangssignal erzeugt. Der vorliegende Detektor ist mit je einem Paar von Daten-Bus-Leitungen verbunden. Diese Daten-Bus-Leitungen bzw. Daten-Sammel-Leitungen sind mit einer Anordnung von Speicherelementen verbunden, zwecks Lieferung von Informationssignalen, die den binären Zustand von ausgewählten Speicherelementen der Anordnung anzeigen. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Schaltkreis, der den Leseverstärker bildet, aus einer Vielzahl von Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren, die in einer Schicht von Silizium auf einem Saphirträger hergestellt werden (SOS/FETs). Ein Körperknoten, der inhärent unter der Kanalregion von je einem Paar von SOS/FETs ausgebildet wird, ist mit einer entsprechenden Daten-Sammel-Leitung des Paares von Daten-Sammel-Leitungen verbunden. Die Körperknoten bilden ein Paar von Differenzeingangsknoten für den vorliegenden Leseverstärker. Eine Änderung in dem Potential zwischen den Daten-Sammel-Leitungen, die auftritt, wenn ein angewähltes Speicherelement gelesen wird, verursacht eine Ungleichheit des Trägerpotentials des ersten Paares von SOS/FETs durch ihre Körperknoten. Das Paar der eingangsseitigen Körperknoten reflektiert eine Änderung in dem über ihnen abfallenden Differenzpotential, um so wirksam die Schwelle eines der Transistoren des ersten Paares von SOS/FETs im Vergleich zu dem zweiten Transistor dieses Paares zu erhöhen. Auf diese Weise wird der erste SOS/FET vor dem zweiten leitend, und zwar abhängig von dem Zustand des logischen Signals auf jeder der Daten-Sammel-Leitungen. Der zweite Transistor des ersten Paares von SOS/FETs wird nachfolgend im Hinblick auf ein unzureichendes Schwellwertpotential nichtleitend gesteuert. Ein Da-The invention thus relates to a differential memory read amplifier, which turns a relatively small input signal into a large digital output signal generated. The present detector is connected to a pair of data bus lines. These data bus lines or data collection lines are connected to an array of storage elements for the purpose of Delivery of information signals showing the binary state of selected memory elements of the Display arrangement. In a preferred embodiment, there is the circuit that controls the sense amplifier forms, from a large number of metal-oxide-semiconductor field effect transistors, which are embedded in a layer of silicon are made on a sapphire carrier (SOS / FETs). A body knot that is inherent under the canal region is formed by a pair of SOS / FETs, is connected to a corresponding data collection line of the Pair of data collection lines connected. The body nodes form a pair of differential input nodes for the present sense amplifier. A change in the potential between the data collection lines, which occurs when a selected memory element is read causes an inequality the carrier potential of the first pair of SOS / FETs through their body nodes. The pair of body node on the input side reflects a change in the differential potential falling above them, the more effective the threshold of one of the transistors of the first pair of SOS / FETs compared to that second transistor of this pair to increase. In this way the first SOS / FET becomes conductive before the second, depending on the state of the logic signal on each of the data collection lines. Of the second transistor of the first pair of SOS / FETs is below in view of an inadequate Threshold potential non-conductive controlled. A da-
tenknoten, der mit jedem Transistor des ersten Paares von SOS/FETs verbunden ist, nimmt eine Spannung an, die den logischen Pegel der entsprechenden Signale auf den Daten-Sammel-Leitungen anzeigt.t node connected to each transistor of the first pair of SOS / FETs assumes a voltage which indicates the logic level of the corresponding signals on the data collecting lines.
Die Körperkrioten eines zweiten Paares von SOS/ FETs sind an eine Quelle mit einem relativ niedrigen Bezugspotential, beispielsweise Masse, angeklemmt Die Körperknoten eines dritten Paares von SOS/FETs können mit einer Quelle von relativ niedrigem Bezugspotential verbunden sein oder sind unabhängig von einem Potential, d. h. das Potential kann sich frei einstellen. Der vorliegende Detektorkreis wird synchron durch Anlegen von Taktsignalen gesteuert Die Taktsignale werden an die Gate- oder Steuerelektroden jedes der Transistoren angelegt, die das zweite und das dritte Transistorpaar bildea Ein Takteingangsanschluß ist mit jeder der Gateelektroden des dritten Paares von Transistoren über signalverzögernde und signalinvertierende Mittel verbunden. Daher ist während bestimmter Intervalle des Taktsignals der binäre Sipnalpegel des Taktsignals an jeder der Gateelektroden des dritten Paares von Transistoren in der Polarität entgegengesetzt zu denjenigen Taktsignalen, die an jeder der Gateelektroden des zweiten Paares von Transistoren empfangen werden.The body wrangles of a second couple from SOS / FETs are clamped to a source with a relatively low reference potential, such as ground The body nodes of a third pair of SOS / FETs can use a source of relatively low Be connected to reference potential or are independent of a potential, i. H. the potential can be free to adjust. The present detector circuit is controlled synchronously by applying clock signals Clock signals are applied to the gate or control electrodes of each of the transistors, the second and the third pair of transistors form a clock input terminal is to each of the gate electrodes of the third pair of Transistors connected via signal delaying and signal inverting means. Hence during certain Intervals of the clock signal the binary signal level of the clock signal at each of the gate electrodes of the third Pair of transistors in polarity opposite to those clock signals applied to each of the Gate electrodes of the second pair of transistors are received.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention is illustrated by the following description of the in the drawing Embodiment explained in more detail.
Es zeigtIt shows
F i g. 1 eine schematische Darstellung des Leseverstärkers nach der Erfindung, der erhöhte Empfindlichkeit aufweist undF i g. 1 is a schematic representation of the sense amplifier according to the invention, the increased sensitivity has and
Fig.2 ein Inipulsbild mit einer Darstellung eines Taktsteuersignals an einem Takteingangsanschluß sowie eines demgegenüber verzögerten und invertierten Signals an dem Ausgangsanschluß des Leseverstärkers nach F ig. 1.FIG. 2 shows a pulse image with a representation of a clock control signal at a clock input connection and FIG a delayed and inverted signal at the output terminal of the sense amplifier according to Fig. 1.
Die F i g. 1 zeigt schematisch einen einzelnen Schaltkreis zur Darstellung eines Differenz-Speicher-Leseverstärkers mit erhöhter Empfindlichkeit. Ein derartiger Leseverstärker wird beispielsweise dazu benutzt, aus relativ kleinen Eingangssignalen, die den binären Zustand von angewählten Speicherelementen 20, die eine übliche Speicheranordnung 1 bilden, anzeigen, ein relativ großes digitales Ausgangssignal zu erzeugen. Eine übliche Speicheranordnung 1 weist in bekannter Weise eine Bit-Leitung bzw. eine Bit-Daten-Sammel-Leitung 2, _eine einen entgegengesetzten Zustand besitzende Bit-Leitung bzw. Bit-Daten-Sammel-Leitung 4 sowie nicht dargestellte Spalten und Zeilen-Adressdekoder auf. Typischerweise ist der einen Abfühlkreis bildende Leseverstärker mit jeder der Daten-Sammel-Leitungen 2 und 4 verbunden. Die binäre Information entsprechend dem logischen Zustand eines angewählten Speicherelementes der Anordnung wird dadurch gelesen, daß man den Signalunterschied entlang den Daten-Sammel-Leitungen 2 und 4 erfaßtThe F i g. 1 schematically shows a single circuit for representing a differential memory sense amplifier with increased sensitivity. Such a sense amplifier is used for this purpose, for example used, from relatively small input signals, which the binary state of selected memory elements 20, which form a conventional memory arrangement 1, indicate a relatively large digital output signal produce. A conventional memory arrangement 1 has, in a known manner, a bit line or a bit data collection line 2, a bit line or bit data collection line having an opposite state 4 as well as columns and row address decoders not shown. Typically one is Sense circuit forming sense amplifiers connected to each of the data collection lines 2 and 4. the binary information corresponding to the logical state of a selected memory element of the arrangement is read by taking the signal difference along data collection lines 2 and 4 recorded
Der Schaltkreis für den Leseverstärker der vorliegenden Erfindung besteht aus einer Vielzahl von Transistoren Qi — Qt In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Transistoren Qi-Qs n-Kanal-Metalloxid-Halbleiter (NMOS) Feldeffekttransistoren (FETs), die in einer Siliziumschicht auf einem Saphirsubstrat bzw. Träger (SOS) hergestellt werden. Eine Potentialquelle VDd ist über Strombegrenzungswiderstände R\ und Ri mit einer ersten der Elektroden der Leitfähigkeitsstrecke jeder der FETs Qi und Qi verbunden. Typischerweise liegt das Potential der Quelle Vod im Bereich zwischen 3 und 15 Volt Gleichspannung. Die zweite der Elektroden der Leitfähigkeitsstrecke jedes der FETs Qi und Q2 ist mit einer Bezugspotentialquelle, beispielsweise Masse, verbunden. Die Gateelektroden der FETs Qi und Q2 sind überkreuz verschaltet Im speziellen ist die Gateelektrode von FET Qi mit dem entgegengesetzten Datenknoten 10 verbunden, um eine gemeinsame elektrische Verbindung mit dem Strombegrenzungswiderstand R2 The circuit for the sense amplifier of the present invention consists of a plurality of transistors Qi-Qt. In a preferred embodiment, the transistors Qi-Qs are n-channel metal-oxide-semiconductor (NMOS) field effect transistors (FETs), which are in a silicon layer on a sapphire substrate or . Carrier (SOS) are produced. A potential source V D d is connected via current limiting resistors R \ and Ri to a first of the electrodes of the conductivity path of each of the FETs Qi and Qi . Typically, the potential of the source Vod is in the range between 3 and 15 volts DC. The second of the electrodes of the conductivity path of each of the FETs Qi and Q 2 is connected to a reference potential source, for example ground. The gate electrodes of the FETs Qi and Q 2 are cross-connected. In particular, the gate electrode of FET Qi is connected to the opposite data node 10 in order to have a common electrical connection with the current limiting resistor R2
ίο und der ersten Leitfähigkeitsstrecken-Elektrode von FET Q2 herzustellen. Die Gateelektrode des FET Q2 ist mit dem entgegengesetzten Datenknoten 8 verbunden, um so eine gemeinsame elektrische Verbindung mit dem Strombegrenzungswiderstand R\ und der ersten Leitfähigkeitsstrecken-Elektrode von FET Qi herzustellen. Eine erste der Leitfähigkeitsstrecken-Elektroden von FET Qi ist mit der gemeinsamen elektrischen Verbindung, dargestellt durch den Datenknoten 8, verschaltet Eine erste der Leitfähigkeitsstrecken-Elektroden von FET Q^ ist mit der gemeinsamen elektrischen Verbindung, dargestellt durch den Datenknoten 10, verschaltet Die jeweils zweiten der Leitfähigkeitsstrecken-Elektroden jeder der FETs Qs und Q4 ist mit einer Bezugspotentialquelle, beispielsweise Masse, verbunden. ίο and the first conductivity path electrode of FET Q 2 . The gate electrode of FET Q 2 is connected to the opposite data node 8 so as to establish a common electrical connection with the current limiting resistor R \ and the first conduction path electrode of FET Qi. A first conductivity gap electrodes of FET Qi is connected to the common electrical connection represented by the data nodes 8, connected a first conductivity gap electrodes of FET Q ^ is connected to the common electrical connection represented by the data nodes 10, interconnected, the respective second of the conduction path electrodes of each of the FETs Qs and Q 4 is connected to a reference potential source, for example ground.
Der Leseverstärker wird synchron durch einen geeigneten, nicht dargestellten Taktgenerator gesteuert Der Taktsignal-Eingangsanschluß CL, an den die Taktsignale des Generators anlegbar sind, ist mit derThe sense amplifier is controlled synchronously by a suitable clock generator, not shown. The clock signal input terminal CL, to which the clock signals of the generator can be applied, is connected to the
jo Gateelektrode der FETs Q3 und Qt verbunden. Der Taktsignal-Eingangsanschluß CL ist weiterhin mit den Gateelektroden der FETs Qs und Qfe über geeignete Inverter-Verzögerungsmittel verbunden. Ein Beispiel für derartige geeignete Inverter-Verzögerungsmittel, die vorzugsweise im vorliegenden Fall anwendbar sind, ist die Reihenschaltung einer konventionellen Verzögerungs-Leitung 5 und eines das Signal invertierenden Gates 6. Während bestimmter Zeitintervalle des Taktzyklus ist der binäre Signalpegel von jenen Taktsignalen, die an den Gateelektroden der FETs Q5 und Qb anstehen, entgegengesetzt zu dem binären Zustand von denjenigen Taktsignalen, die an den Gateelektroden der FETs Qi und Q4 anstehen, und zwar als eine Folge der Verzögerungsmittel 5 und des Invertergates 6.jo gate electrode of FETs Q 3 and Qt connected. The clock signal input terminal CL is further connected to the gate electrodes of the FETs Qs and Qfe via suitable inverter delay means. An example of such suitable inverter delay means, which can preferably be used in the present case, is the series connection of a conventional delay line 5 and a gate 6 which inverts the signal Gate electrodes of FETs Q 5 and Qb are present, opposite to the binary state of those clock signals present at the gate electrodes of FETs Qi and Q 4 , as a result of delay means 5 and inverter gate 6.
Die Bit-Daten-Sammel-Leitung 2 ist mit einer der Leitfähigkeitsstrecken-Elektroden des FET Q5 verbunden.
Die Bit-Daten-Sammel-Leitung 4 ist mit einer der Leitfähigkeitsstrecken-Elektroden des FET Q 6 verbunden.
Die zweiten Elektroden der Leitfähigkeitsstrec';en-Elektroden der FETs Q5 und Q6 sind mit einer
geeigneten Bezugspotentialquelle, beispielsweise Masse, verbunden.
Bei der Herstellung von Feldeffekttransistoren, die nach der Silizium-auf-Saphirtechnik hergestellt werden,
ist es üblich, daß ein Körperknoten ausgebildet wird, zum Beispiel innerhalb einer leicht dotierten P-Region
zwischen den Leitfähigkeitsstrecken-Elektroden einer n-Kanal-Einrichtung. Die Träger und die Körperknoten
von SOS/FETs, die übliche Leseverstärker aufweisen, sind potentialmäßig ungebunden, d.h. das Potential
stellt sich frei von irgendwelchen Potentialquellen ein. Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist jeder
Köi perknoten 12 bzw. 13 der SOS/FETs Qi bzw. Q2 mit
der Daten-Sammel-Leitung 2 bzw. 4 verbunden, so daß sie ein Paar von Differenz-Eingangsknoten zu dem
vorliegenden Leseverstärker bilden, so wie es später noch in Einzelheiten erläutert wird. Jeder der Körper-The bit data collection line 2 is connected to one of the conduction path electrodes of the FET Q 5 . The bit data collection line 4 is connected to one of the conduction path electrodes of the FET Q 6. The second electrodes of the conductivity line electrodes of the FETs Q 5 and Q 6 are connected to a suitable reference potential source, for example ground.
In the manufacture of field effect transistors fabricated by the silicon-on-sapphire technique, it is common for a body node to be formed, for example within a lightly doped P-region between the conduction gap electrodes of an n-channel device. The carriers and the body nodes of SOS / FETs, which have conventional sense amplifiers, are potential-wise unbound, ie the potential is set free of any potential sources. According to the present invention, each Köi perknode 12 or 13 of the SOS / FETs Qi or Q 2 is connected to the data collecting line 2 or 4, so that they form a pair of differential input nodes to the present sense amplifier, so as will be explained in detail later. Each of the body
knoten 14 bzw. 15 der SOS/FETs Q3 bzw. Q4 ist mit einer Quelle von relativ niedrigem Bezugspotential, beispielsweise Masse, verbunden. Die Körperknoten 16 bzw. 17 der SOS/FETs, Qs bzw. Q6 können mit einer Bezugspotentialquelle von relativ niedrigem Potential (so wie es s gestrichelt dargestellt ist) verbunden werden, oder können potentialmäßig ungebunden sein.node 14 or 15 of the SOS / FETs Q 3 or Q 4 is connected to a source of relatively low reference potential, for example ground. The body nodes 16 or 17 of the SOS / FETs, Qs or Q 6 can be connected to a reference potential source of relatively low potential (as shown in dashed lines), or can be unbound in terms of potential.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der der Leseverstärker eine maximale Empfindlichkeit hat, wird der vorliegende Leseverstärker anfänglich physikalisch und elektrisch abgeglichen. Mit anderen Worten, die elektrischen Parameter wie Widerstand, Schwellwert, Kapazität usw. der Elemente R\ — der FETs Qi, Qi und Qs, und der Sammel-Leitung 2, die eine Hälfte des Leseverstärkers bildet, sind mit den entsprechenden Elementen A2, der FETs Q2, Qt, Q6 und der Daten-Sammel-Leitung 4, die die benachbarte Hälfte des Kreises bildet, abgeglichen. Betrachtet man gleichzeitig die F i g. 1 und 2, so ist beim Betrieb des Schaltkreises während eines Zeitintervalls des Taktsignals, das mit fi bezeichnet ist, der logische Pegel des Taktsignals an der Eingangsklemme CL relativ hoch, d. h. wahr. Die Gateelektroden der FETs Q3 und Q4 sind mit einem Anschaltsignal mit dem logischen Pegel hoch beaufschlagt Infolgedessen werden die FETs Q3 und Q4 leitend gesteuert Die Leseverstärker-Datenknoten 8 und 10 nehmen das Massepotential an, insofern als jeder der Datenknoten 8 und 10 durch die entsprechenden Leitfähigkeitsstrecken der FETs Q3 und Q4 hindurch an dieses Potential angeklemmt wird. Die FETs Qi und Q2 sind nicht leitend gesteuert, weil ihre entsprechenden Gateelektroden kreuzverkoppelt mit den Datenknoten 10 und 8 sind, wie es bereits oben erläutert wurde. Infolge der Verzögerungsmittel 5 und des Inverters 6 wird während des fi Taktintervalls ein Anschaltsignal mit einem relativ hohen logischen Pegel von dem Ausgangsanschluß des Inverters 6 ebenso an jede der Gateelektroden der FETs Qs und Q6 angelegt. Daher werden die FETs Qs und Q6 leitend gesteuert. Die Körper-Eingangsknoten 12 und 13 der FETs Qi und Q2 sind über die entsprechenden Leitfähigkeitsstrecken der FETs Q5 und Qs an Masse angeklemmt. Der Leseverstärker ist hinsichtlich irgendwelcher Informationen, die während vorausgehender Taktzyklen erfaßt werden, gelöscht und ist somit zurückgestellt.In a preferred embodiment, in which the sense amplifier has maximum sensitivity, the present sense amplifier is initially physically and electrically balanced. In other words, the electrical parameters such as resistance, threshold value, capacitance, etc. of the elements R \ - the FETs Qi, Qi and Qs, and the collective line 2, which forms one half of the sense amplifier, are matched with the corresponding elements A 2 , the FETs Q 2 , Qt, Q 6 and the data collection line 4, which forms the adjacent half of the circle, balanced. Looking at the same time the F i g. 1 and 2, when the circuit is operating during a time interval of the clock signal, which is denoted by fi, the logic level of the clock signal at the input terminal CL is relatively high, that is to say true. The gate electrodes of the FETs Q 3 and Q 4 are applied with a switch-on signal with the logic level high.As a result, the FETs Q 3 and Q 4 are turned on is clamped to this potential through the corresponding conductivity paths of the FETs Q 3 and Q 4. FETs Qi and Q 2 are non-conductive because their respective gate electrodes are cross-coupled to data nodes 10 and 8, as discussed above. As a result of the delay means 5 and inverter 6, during the fi clock interval a turn-on with a relatively high logic level from the output terminal of the inverter 6 also applied to each of gate electrodes of FETs Qs and Q. 6 Therefore, the FETs Qs and Q 6 are controlled to be conductive. The body input nodes 12 and 13 of the FETs Qi and Q 2 are clamped to ground via the corresponding conductivity paths of the FETs Q5 and Qs. The sense amplifier is cleared for any information sensed during previous clock cycles and is thus reset.
Während des Zeitintervalls des Taktsignals, das mit /2 bezeichnet ist bleibt der logische Pegel des Taktsignals an der Eingangsklemme CL weiterhin relativ hoch. Dadurch liegt an jeder der Gateelektroden der FETs Q3 und Q4 weiterhin das Anschaltsignal mit dem logischen Pegel hoch vor und es bleiben die FETs Q3 und Q4 leitend. Die Leseverstärker-Datenknoten 8 und 10 bleiben über die entsprechenden Leitfähigkeitsstrecken der FETs Q3 und Q4 weiterhin an Masse angeklemmt Damit bleiben auch die FETs Qi und Q2 weiterhin nicht-leitend. Von dem Ausgangsanschluß des Inverters 6 wird jedoch ein Signal mit dem logischen Pegel relativ niedrig, d. h. falsch, an die Gateelektroden der FETs Q5 und Q6 angelegt Daher werden die FETs Qs und Q6 nunmehr nicht-leitend gesteuert.During the time interval of the clock signal, which is designated by / 2 , the logic level of the clock signal at the input terminal CL continues to remain relatively high. As a result, the switch-on signal with the logic level high continues to be present at each of the gate electrodes of the FETs Q 3 and Q 4 and the FETs Q 3 and Q 4 remain conductive. The sense amplifier data nodes 8 and 10 remain connected to ground via the corresponding conductivity paths of the FETs Q 3 and Q 4. The FETs Qi and Q 2 therefore also remain non-conductive. From the output terminal of the inverter 6, however, a signal with the logic level is relatively low, ie incorrectly, applied to the gate electrodes of the FETs Q 5 and Q 6. Therefore, the FETs Qs and Q 6 are now controlled to be non-conductive.
Während eines Zeitintervalls des Taktsignals, das mit h bezeichnet ist schaltet der logische Pegel des Taktsignals an dem Eingangsanschluß CL auf den Signalpegel relativ niedrig um. Die Gatelektroden der FETs Q3 und Q4 werden dann mit diesem Signal, das den & Pegel logisch niedrig aufweist, beaufschlagt, wodurch beide FETs Q3 und Q4 nicht-leitend gesteuert werden. Infolge der Verzögerungsmittel 5 und des Inverters 6During a time interval of the clock signal, which is denoted by h , the logic level of the clock signal at the input terminal CL switches to the signal level relatively low. The gate electrodes of FETs Q 3 and Q 4 are then subjected to this signal having the logic low level & whereby both FETs Q 3 and Q 4 are controlled non-conductive. As a result of the delay means 5 and the inverter 6 wird, weiterhin andauernd, ein Signal mit dem logischen Pegel relativ niedrig an die Gateelektroden der FET Qs und Qe von dem Ausgangsanschluß des Inverters 6 her angelegt, und zwar während des Taktintervalls (3. Dadurch bleiben die FETs Qs und Q6 nicht-leitend. Die Körpereingangsknoten 12 und 13 der SOS/FETs Qi und Q2, die entsprechend mit der BIT-Daten-Sammel-Leitung 2 und der Bit-Daten-Sammel-Leitung 4 verbunden sind, sind nicht länger mehr an Masse angeklemmt besitzen jedoch nunmehr ein unterschiedliches Potential, und zwar infolge der entsprechenden Potentialänderung entlang der Sammel-Leitungen 2 und 4, verursacht durch eine ausgewählte zu lesende Speicherzelle. Dadurch nehmen die Substrate der FETs Qt und Q2 ebenfalls unterschiedliches Potential an. Somit wurde wegen des unterschiedlichen Signals an den Körper-Eingangsknoten 12 und 13 das Schwellwertpotential des FETs Qi effektiv geringer als das Schwellwertpotential des FETs Q2 gemacht oder umgekehrt Während des f3 Taktintervalls beginnt das Potential jeder der Leseverstärker-Datenknoten 8 und 10 bis auf die Versorgungsspannung Vdd anzusteigen, insofern als die Leitfähigkeitsstrecken der FETs Q3 und Q4 im Augenblick nicht aktiv sind. Abhängig von dem logischen Pegel der ausgewählten Speicherzelle und der entsprechenden Signale, die entlang der Daten-Sammel-Leitungen 2 und 4 und an den Körper-Eingangsknoten 12 und 13 auftreten, wird ein Paar von SOS/FETs Qi und Q2 leitend vor dem anderen gesteuert Nach dem leitend Steuern des einen Paares von FETs Qi und Q2 klemmt sich der entsprechende Leseverstärker-Datenknoten 8 oder 10 durch seine Leitfähigkeitsstrecke hindurch an Masse an. Der angeklemmte Datenknoten nimmt eine Spannung entsprechend dem Signal mit einem niedrigen logischen Pegel an. Im Hinblick auf ein unzureichendes Schwellwertpotential bleibt das andere Paar von FETs Qi und Q2, dessen Gateelektrode mit dem ersten der Datenknoten 8 und 10 verbunden ist nicht-leitend. Auf diese Weise wird der zugeordnete andere Datenknoten aufgeladen, bis er eine Spannung, d. h. Vdd annimmt die einem hohen logischen Signalpegel entspricht Der Detektorkreis spiegelt die anfängliche Potentialdifferenz zwischen den Körper-Eingangsknoten 12 und 13 wieder, in dem Maße, wie die Datenknoten 8 und 10 digitale Signale bereitstellen, die repräsentativ entweder für einen logischen hohen oder niedrigen Signalpegel sind. Mit Abschluß des t3 Taktintervalls ist der Lesevorgang für das angewählte Speicherelement der Anordnung abgeschlossen.continues to apply a relatively low logic level signal to the gate electrodes of the FETs Qs and Qe from the output terminal of the inverter 6 during the clock interval (3. This leaves the FETs Qs and Q 6 non-conductive. The body input nodes 12 and 13 of the SOS / FETs Qi and Q 2 , which are correspondingly connected to the BIT data collecting line 2 and the bit data collecting line 4, are no longer clamped to ground but now have a different potential, namely as a result of the corresponding potential change along the bus lines 2 and 4, caused by a selected memory cell to be read. As a result, the substrates of the FETs Qt and Q 2 also assume different potential -Input nodes 12 and 13 effectively made the threshold potential of FET Qi less than the threshold potential of FET Q 2 or vice versa during the f 3 cycle At intervals, the potential of each of the sense amplifier data nodes 8 and 10 begins to rise up to the supply voltage Vdd, insofar as the conduction paths of the FETs Q 3 and Q 4 are not active at the moment. Depending on the logic level of the selected memory cell and the corresponding signals appearing along the data collector lines 2 and 4 and at the body input nodes 12 and 13, one pair of SOS / FETs Qi and Q 2 become conductive before the other controlled After one pair of FETs Qi and Q 2 has been turned on, the corresponding sense amplifier data node 8 or 10 is clamped to ground through its conduction path. The clamped data node assumes a voltage corresponding to the signal with a low logic level. In view of an insufficient threshold potential, the other pair of FETs Qi and Q 2 , the gate electrode of which is connected to the first of the data nodes 8 and 10, remains non-conductive. In this way, the assigned other data node is charged until it assumes a voltage, ie Vdd, which corresponds to a high logic signal level.The detector circuit reflects the initial potential difference between the body input nodes 12 and 13 to the same extent as the data nodes 8 and 10 provide digital signals representative of either a logic high or low signal level. At the end of the t 3 clock interval, the reading process for the selected memory element of the arrangement is completed.
Während des Zeitintervalls des Taktsignals, das mit U bezeichnet ist, bleibt das Taktsignal an der Eingangsklemme CL weiterhin relativ falsch. An jeder der Gateelektroden der FETs Q3 und Q4 liegt weiterhin ein Signal mit einem niedrigen logischen Pegel an und die FETs Q3 und Q4 bleiben nicht-leitend. Als Folge der Verzögerungsmittel 5 und des Inverters 6 wird von dem Ausgangsanschluß des Inverters 6 ein Anschaltsignal mit einem hohen logischen Pegel an jede der Gateelektroden der FETs Q5 und Q6 angelegt Die FETs Q5 und Q6 werden daraufhin leitend gesteuert Über die Leitfhäigkeitsstrecken der FETs Qs und Qe werden die Körperknoten 12 bzw. 13 an Masse angeklemmt Aul diese Weise wird das Differenzspannungs-Signal zwischen den Körperknoten 12 und 13 entfernt. Von dei Spannungsversorgung Vdd her wird jedoch über den zweiten der Datenknoten 8 und 10 weiterhin an die Gateelektrode des ersten des Paares der SOS/FETs Qi und Q2 ein ausreichendes Schwellwertpotential ange·During the time interval of the clock signal, which is denoted by U , the clock signal at the input terminal CL remains relatively false. A signal with a low logic level is still present at each of the gate electrodes of the FETs Q 3 and Q 4 and the FETs Q 3 and Q 4 remain non-conductive. As a result of the delay means 5 and the inverter 6 of the inverter is applied 6, a turn-on signal with a high logic level to each of the gate electrodes of FETs Q 5 and Q 6 from the output terminal of the FETs Q 5 and Q 6 are then made conductive via the Leitfhäigkeitsstrecken the FETs Qs and Qe , the body nodes 12 and 13, respectively, are clamped to ground. In this way, the differential voltage signal between the body nodes 12 and 13 is removed. From the voltage supply Vdd , however, a sufficient threshold value potential is still applied to the gate electrode of the first of the pair of SOS / FETs Qi and Q 2 via the second of the data nodes 8 and 10.
legt, um den ersten der FETs leitfähig zu steuern. Gleichzeitig damit wird die Gateelektrode des zweiten Paares von SOS/FETs Qi und Q2 über den ersten der Datenknoten 8 und 10 an Masse angeklemmt, wodurch der zweite der FETs nicht-leitend gesteuert ist.sets in order to conductively control the first of the FETs. Simultaneously with this, the gate electrode of the second pair of SOS / FETs Qi and Q 2 is clamped to ground via the first of the data nodes 8 and 10, as a result of which the second of the FETs is controlled to be non-conductive.
Auf Grund der vorliegenden Erfindung kann ein verbesserter Differenz-Leseverstärker mit erhöhter Empfindlichkeit verwendet werden, der aus relativ kleinen Eingangssignalen, die auf den Daten-Sammel-Leitungen auftreten, relativ große digitale Ausgangssignale erzeugt. Eine relativ klejne Änderung in dem Potential entlang der Bit und Bit-Daten-Sammel-Leitungen 2 und 4 spiegelt sich als ein relativ großes logisches Signal an den Datenknoten 8 und 10 wieder. Die Signale mit dem relativ niedrigen Pegel, die von der Speicherzellenanordnung über die Sammel-Leitungen 2 und 4 angelegt werden, können kleiner als die Schwelle eines der FETs Qi oder Q2 sein. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung spiegeln jedoch die Körper-Eingangsknoten 12 und 13 einen über ihnen vorhandenen Potentialunterschied wider, um wirksam die Schwelle eines der SOS/FETs Qi und Q2 in bezug auf Masse zu erhöhen. Auf diese Weise wird der erste der FETs Q\ und Q2 stärker angeschaltet, während der zweite der FETs Qi und Q2 abgeschaltet wird. An den Gateelektroden der FETS Qi und Q2 wird ein regenerativer Stromeffekt aufrechterhalten, wodurch eine Datensperre ausgebildet wird.As a result of the present invention, an improved differential sense amplifier with increased sensitivity can be used which generates relatively large digital output signals from relatively small input signals occurring on the data collector lines. A relatively small change in the potential along the bit and bit data collecting lines 2 and 4 is reflected as a relatively large logic signal at the data nodes 8 and 10. The signals with the relatively low level, which are applied by the memory cell arrangement via the bus lines 2 and 4, can be smaller than the threshold of one of the FETs Qi or Q 2 . In accordance with the present invention, however, the body input nodes 12 and 13 reflect a potential difference across them to effectively raise the threshold of one of the SOS / FETs Qi and Q 2 with respect to ground. In this way, the first of the FETs Q 1 and Q 2 is turned on more strongly, while the second of the FETs Qi and Q 2 is turned off. A regenerative current effect is maintained at the gate electrodes of the FETS Qi and Q 2 , thereby forming a data lock.
Es ist verständlich, daß gegenüber dem dargestellten Ausführungsbeispiel Änderungen möglich sind, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Beispielsweise können die FETs Q]-Qb nicht nur aus n-Kanal-Einrichtungen, sondern auch durch ander« geeignete Halbleitereinrichtungen verwirklicht werden Darüber hinaus können die FETs Qi — Qe nicht wie ir dem bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellt durch eine Schicht von Silizium auf einem Saphirsubstrat hergestellt werden, sondern sie können auch aus irgendeinem anderen geeigneten Halbleitermaterial aiii einem isolierenden Trager hergestellt werden. Es is' weiterhin für den Fachmann verständlich, daß deiIt is understood that changes can be made to the illustrated embodiment without departing from the scope of the invention. For example, the FETs Q] -Qb can be realized not only from n-channel devices, but also by other suitable semiconductor devices. In addition, the FETs Qi -Qe cannot be fabricated from a layer of silicon on a sapphire substrate, as shown in the preferred embodiment but they can also be made of any other suitable semiconductor material other than an insulating support. It is' further understandable to the person skilled in the art that the
ι ο Leitfähigkeitstyp der FETs Qi — Q6 und die entsprechen den logischen Pegel der Datenknoten 8 und 10 von derr Typ der angewendeten Einrichtung sowie dem logischen Pegel der Signale auf den Daten-Sammel-Leitungen 2 und 4 abhängen.ι ο conductivity type of the FETs Qi - Q 6 and which correspond to the logic level of the data nodes 8 and 10 on the type of device used and the logic level of the signals on the data collection lines 2 and 4 depend.
Im Vorstehenden wurde ein einziger Abfühlkrei: beschrieben, der einen Differenz-Speicher-Leseverstärker mit erhöhter Empfindlichkeit zum Lesen des binärer Zustandes von angewählten Speicherelementen, die eine Anordnung von Speicherelementen bilden, verwirklicht. Dieser Leseverstärker weist in einer bevorzugten Ausführungsform einen Schaltkreis auf, der au: einer Vielzahl von Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren besteht, die in einer Schicht von Silizium aul einem Saphirträger hergestellt werden. Der Körperknoten jedes Transistors eines Paares von SOS/FETs isl mit einer entsprechenden Daten-Sammel-Leitung dei Speicheranordnung verbunden, um so Differenz-Eingangsknoten für den Leseverstärker vorzugeben. Dei vorliegende Leseverstärker liefert aus relativ kleiner Eingangssignalen, die von der Speicheranordnung übei die Daten-Sammel-Leitungen geliefert werden, relativ große digitale Ausgangssignale.A single sense circuit has been described above, that of a differential memory sense amplifier with increased sensitivity for reading the binary state of selected memory elements that form an arrangement of storage elements realized. This sense amplifier has in a preferred Embodiment on a circuit comprising: a plurality of metal oxide semiconductor field effect transistors which are made in a layer of silicon on a sapphire base. The body knot each transistor of a pair of SOS / FETs isl with a corresponding data collector line dei Memory array connected so as to provide differential input nodes for the sense amplifier. Dei present sense amplifier supplies from relatively small input signals that are transmitted by the memory arrangement the data collection lines are supplied, relatively large digital output signals.
Hierzu 2 Blatl ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |